CC BY
7УДК 621.34:622.276.53
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД ШТАНГОВОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА ДОБЫВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ
ELECTROMECHANICAL DRIVE OF PRODUCTION WELL SUCKER ROD PUMP
Р. Б. Булатов, Л. Г. Тугашова
R. B. Bulatov, L. G. Tugashova
Альметьевский государственный нефтяной институт, г. Альметьевск
Ключевые слова: электромеханический привод; добывающая скважина; шарико-винтовая передача; штанговый глубинный насос Key words: electromechanical drive; production well; ball screw; sucker rod pumps
Одним из основных устройств, применяемых при разработке нефтяных месторождений, является широко распространенный электромеханический привод (ЭМП) добывающих скважин, называемый станком-качалкой.
Устройство и принцип действия серийных станков-качалок, являющихся электромеханическими приводами спущенных в забой добывающей скважины штанговых глубинных насосов (ШГН), общеизвестны и хорошо описаны в специальных источниках [1].
Общим недостатком всех эксплуатируемых станков-качалок является наличие в их приводах таких громоздких агрегатов и узлов, как многоручейковая клиноре-менная передача, двухступенчатый цилиндрический редуктор со сложным и дорогостоящим по технологии изготовления зацеплением Новикова, кривошипно-шатунный механизм, траверса с опорами, балансир с поворотной головкой и опорой, а также цепная передача.
№ 3, 2017
Нефть и газ
125
Нами разработана конструкция ЭМП, позволяющего осуществлять периодический спуск и подъем колонны штанг с рабочим плунжером серийного ШГН и отличающегося от серийного станка-качалки тем, что в нем отсутствуют указанные выше узлы. На указанную конструкцию ЭМП нами получен патент на полезную модель [2].
Технической задачей предложенной полезной модели является упрощение конструкции ЭМП ШГН добывающей скважины, в результате чего значительно снижаются его массогабаритные размеры и упрощается технология технического обслуживания и ремонта.
Новым в предложенном нами ЭМП является то, что внутри вращающегося ротора электродвигателя размещена шарико-винтовая передача (ШВП) с рециркуляцией шариков, которые преобразовывают вращательное движение ротора электродвигателя в вертикальное возвратно-поступательное движение колонны штанг ШГН.
Устройство и принцип действия предлагаемого электромеханического привода ШГН добывающей скважины представлены на рисунках 1,2.
Периодическое возвратно-поступательное движение штанги 1 ШГН (см. рис. 1) вверх или вниз реализуется электродвигателем 2, прикрепленным к сварной стальной раме 3, с помощью рабочего винта 4 ШВП с рециркуляцией шариков 18 (см. рис. 2), нижний конец рабочего винта 4 соединен с верхним концом штанги 1 , выступающей из устья скважины 5. Вертикальное прямолинейное движение рабочего винта 4 поочередно вверх и вниз, обеспечиваемое вращающимся ротором 13 электродвигателя 2, передается направляющему валику 6. Его задачей является лишение рабочего винта 4 возможности вращаться вокруг своей геометрической оси. Для этого к сварной стальной раме 3 прикреплен кронштейн 7 с шариками-фиксаторами 8. Эти шарики наполовину находятся в гнездах неподвижного кронштейна 7, наполовину — в продольно вырезанных канавках направляющего валика 6, чем и обеспечивается движение рабочего винта 4 ШВП вверх или вниз без его вращения.
Движение верхнего конца направляющего валика 6 передается через гибкий трос 9 и ролик 10, установленный на верхней площадке сварной стальной рамы 3 противовесу 11, который периодически поднимается и опускается в такт движениям рабочего винта 4 ШВП. Подъем и спуск противовеса 11 осуществляется в специальных направляющих каретках. Вращающийся ротор 13 электродвигателя 2 вращается в подшипниковых опорах 14, 15 и 16. В центральном отверстии вра-
Рис. 1. Установка с электромеханическим приводом штангового глубинного насоса
126
Нефть и газ
№ 3, 2017
щающегося ротора 13 жестко закреплена гайка 17 шарико-винтовой передачи, между которой и рабочим винтом 4 находятся рециркулирующиеся шарики 18, передающие и напрямую преобразующие вращение ротора 13 в вертикальное прямолинейное движение рабочего винта 4 в направлении поочередно вверх и вниз, причем рабочий винт 4 поднимается вверх при вращении ротора 13 в одном направлении и вниз — при его вращении в противоположном направлении. Такое возвратно-поступательное движение создают конечные электрические переключатели, установленные на верхнем и нижнем ограничительных концах привода, периодически изменяющие направление вращения ротора 13. Прямолинейное движение рабочего винта 4 сообщается направляющему валику 6 через муфтовое соединение 19 (см. рис. 2).
Устройство и принципы действия электрических и гидравлических конечных переключателей общеизвестны. Они нашли широкое применение в станкостроении (например, в плоскошлифовальных, строгальных, долбежных станках, в приводах кузнеч-но-прессового оборудования, в строительных кранах и др.). ШВП с рециркуляцией шариков является одной из разновидностей механических передач. Благодаря компактным размерам и простоте конструкции она легко интегрируется в различные машины и механизмы, обладает хорошими кинематическими и энергетическими показателями: высокой точностью, высокой нагрузочной способностью, жесткостью, значительной долговечностью, плавностью хода и др. Ее КПД находится в пределах 0,85-0,9.
Кинематические и прочностные характеристики ШВП с рециркуляцией шариков, приводимые в специальных источниках [1], следующие:
• номинальный диаметр винта — от 6 до 150 мм;
• статическая грузоподъемность — от 2,2 до 125 т (для сравнения — у станка-качалки дезаксиального СКД 12-3,0 статическая грузоподъемность равна 12 т);
• динамическая грузоподъемность — от 1,9 до 37,5 т;
• прямолинейная скорость — до 110 м/мин.
Таким образом, ШВП обладает очевидными достоинствами, и предлагаемая полезная модель позволяет упростить конструкцию ЭМП ШГН, значительно уменьшить его массогабаритные размеры.
Проектирование и изготовление ШВП осуществляется специальными организациями и предприятиями, например, ООО «Гомельский завод станочных узлов» (Республика Беларусь).
Список литературы
1. Справочная книга по добыче нефти / Под ред. Ш. К. Гиматудинова. - М.: Недра, 1974. - 255 с.
2. Патент РФ на полезную модель № 160381. Электромеханический привод штангового глубинного насоса добывающей скважины. / Булатов Р. Б., Тугашова Л. Г. - Зарегистрировано Госреестром полезных моделей РФ 18 февраля 2016 г.
Рис. 2. Конструкция электродвигателя со встроенной шарико-винтовой передачей
№ 3, 2017
Нефть и газ
Сведения об авторах
Тугашова Лариса Геннадьевна, ст. преподаватель кафедры автоматизации и информационных технологий, Альметьевский государственный нефтяной институт, г. Альметьевск, тел: 8(8553)310151, e-mail: tuga-shova@yandex. ru
Булатов Ринат Булатович, к. т. н., доцент кафедры автоматизации и информационных технологий, Альметьевский государственный нефтяной институт, г. Альметьевск, тел: 8(8553)310151, e-mail: ri-nat1938@mail. ru.
Information about the authors
Tugashova L. G., Senior Teacher at the Department of Automation and Information Technologies, Almetyevsk State Petroleum Institute, phone: 8(8553)310151, e-mail: tugasho-va@yandex. ru
Bulatov R. B., Candidate of Engineering, Associate Professor at the Department of Automation and Information Technologies, Almetyevsk State Petroleum Institute, phone: 8(8553)310151, e-mail: rinat1938@mail.ru.
УДК 621.9.06
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И ВВОД КОРРЕКЦИЙ В РАБОТУ ОБОРУДОВАНИЯ С ЧПУ
MATHEMATICAL MODEL DEVELOPMENT AND CORRECTIONS IN THE OPERATION OF CNC EQUIPMENT INPUT
Р. Ю. Некрасов, У. С. Путилова, А. И. Стариков, И. В. Соловьёв, Ю. А. Темпель
R. Yu. Nekrasov, U. S. Putilova, A. I. Starikov, I. V. Soloviev, Yu. A. Tempel
Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень
Ключевые слова: моделирование технологических процессов; числовое программное управление; диагностика технологического оборудования Key words: modeling of technological processes; numerical control; diagnostics of technological equipment
Развитие научно-технического прогресса предъявляет все более жесткие требования к машиностроительной отрасли в части технологической возможности изготовления той или иной продукции. Зачастую опережающая мысль ученых приводит к невозможности реализации смелых идей из-за отсутствия технологий или невозможности выполнения операций по изготовлению изделий на существующем технологическом оборудовании. Одним из технологических факторов, лимитирующих темпы научно-технического прогресса, является возможность обеспечения требуемой точности в процессе обработки на технологическом оборудовании. Реализовать ужесточающие требования невозможно без применения станков с числовым программным управлением (ЧПУ).
Проблемам повышения точности обработки на станках с ЧПУ посвящены работы многих современных исследователей. Данная проблема все более актуальна в условиях изменения технологических составляющих силы резания, приводящего к отклонениям расположения элементов технологических систем (ТС) в процессе обработки. Системы ЧПУ позволяют отслеживать нагружение приводов и вносить соответствующие коррекции в расположение исполнительных рабочих органов (ИРО) станков. Но, учитывая многокритериальный характер возникающих погрешностей, полного решения проблемы компенсации отклонений расположения всего комплекса элементов технологических систем при обработке на станках с ЧПУ к настоящему времени не найдено [1].
Для исключения погрешностей, вызванных технологическими составляющими силы резания, Б. С. Балакшиным было предложено использование систем адаптивного управления, однако данные системы не нашли широкого применения в станках с ЧПУ, так как стабилизация силы резания сама по себе при изменении входных параметров процессов обработки не обеспечивает постоянства отклонений расположения комплекса элементов технологических систем в различных точках рабочего пространства станков с ЧПУ.
128
Нефть и газ
№ 3, 2017
